A medida que el cambio climático empeora las condiciones de sequía global, obstaculizando la producción de cultivos, se ha intensificado la búsqueda de formas de capturar y almacenar el carbono atmosférico que causa el fenómeno.
por Jeff Mulhollem, Universidad Estatal de Pensilvania
Investigadores de Penn State han desarrollado una nueva herramienta de alta tecnología que podría impulsar cambios en la forma en que los cultivos resisten la sequía, adquieren nitrógeno y almacenan carbono en las profundidades del suelo.
En hallazgos publicados recientemente en Crop Science , describen un proceso en el que la profundidad de las raíces de las plantas se puede estimar con precisión escaneando las hojas con espectroscopía de fluorescencia de rayos X, un proceso que detecta elementos químicos en el follaje.
El método reconoce que las raíces absorben los elementos que encuentran, dependiendo de la profundidad que alcanzan, y existe una correlación entre los elementos químicos de las hojas y la profundidad de las raíces.
La nueva tecnología es objeto de una solicitud de patente provisional por parte de Penn State, porque promete acelerar el proceso de mejoramiento de plantas, según el líder del equipo de investigación Jonathan Lynch, distinguido profesor de ciencias vegetales en la Facultad de Ciencias Agrícolas. La capacidad de medir la profundidad de las raíces de las plantas sin excavarlas es una tecnología revolucionaria, afirmó.
«Hace mucho tiempo que conocemos los beneficios de los cultivos con raíces más profundas: son más tolerantes a la sequía y tienen una mayor capacidad para absorber nitrógeno, que tiende a moverse profundamente con el agua, pero el problema ha sido cómo medir la profundidad de las raíces. en el campo», afirmó.
«Para generar cultivos con raíces más profundas, es necesario observar miles de plantas. Desenterrarlas es costoso y requiere mucho tiempo porque algunas de esas raíces están a dos metros o más de profundidad. Todo el mundo quiere cultivos con raíces profundas, pero hasta ahora, no No sé cómo conseguirlos.»
Lynch señaló que un beneficio adicional de los cultivos con raíces más profundas es que almacenan carbono en el suelo de manera más efectiva. Y el suelo es el lugar adecuado para depositar carbono, señaló, porque el carbono en la atmósfera es algo malo: causa el calentamiento global. El carbono en el suelo es algo bueno: aumenta la fertilidad.
«Tener raíces más profundas significa que el carbono que las plantas obtienen de la fotosíntesis se almacena más profundamente en el suelo cuando construyen raíces. Y cuanto más profundo se coloca el carbono en el suelo, más tiempo permanece en él», dijo.
«El Departamento de Energía de EE. UU. estima que el simple hecho de tener cultivos de raíces profundas en Estados Unidos podría compensar años de nuestras emisiones totales de carbono. Eso es enorme; piense en todos los acres de cultivos en Estados Unidos. Si esas raíces crecen un poco más profundamente, entonces Estamos almacenando enormes cantidades de carbono en las profundidades del suelo».
El desarrollo del nuevo método, que los investigadores llamaron LEADER (Acumulación de elementos foliares a partir de raíces profundas), tomó seis años e implicó la recolección y análisis de más de 2.000 muestras de núcleos de suelo en cuatro sitios de investigación en todo el país, señaló Molly Hanlon, ex postdoctoral. académico del grupo de investigación de Lynch, quien encabezó el estudio.
Implicaba cultivar un conjunto de 30 líneas genéticamente distintas de maíz en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de Penn State, el Centro de Educación e Investigación Agrícola de la Universidad de Colorado, la Estación de Investigación Agrícola Arlington de la Universidad de Wisconsin y la Investigación Agrícola Hancock de la Universidad de Wisconsin. Estación.
Los investigadores descubrieron que podían clasificar correctamente las parcelas con las raíces más largas y profundas (más de 30 o 40 centímetros) utilizando el método LEADER con gran precisión.
Un principio importante de la ciencia del suelo
es que las propiedades biológicas, físicas y químicas varían con la profundidad del suelo, explicó Hanlon, ahora científico investigador principal del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth en St. Louis.
«Y las raíces de las plantas crecen a través de estas diferentes capas de suelo», dijo. «Luego, los elementos se transportan al brote, donde podemos analizar rápida y fácilmente el contenido elemental del tejido de la hoja mediante fluorescencia de rayos X. De esta manera, las hojas pueden servir como indicadores o sensores de dónde están las raíces en el suelo».
En el estudio, los investigadores pudieron estimar con precisión la profundidad de las raíces analizando la acumulación foliar de elementos que se encuentran naturalmente en diversos suelos. Como método alternativo para evaluar la profundidad de las raíces, tanto en experimentos de campo como en invernadero, inyectaron estroncio en el suelo a una profundidad determinada como marcador para el análisis LEADER. Más tarde, cosecharon plantas que crecían cerca y determinaron que el estroncio detectado en las hojas estaba fuertemente correlacionado con la profundidad de sus raíces.
Aunque el método LEADER se logró con maíz, ofrece una aplicación más amplia, sugirió Lynch.
«Es prometedor como herramienta para medir la profundidad de las raíces en diferentes especies de plantas y suelos», dijo. «Tenía sentido hacer esta investigación con maíz: es uno de los cultivos más importantes del mundo, cultivado extensivamente como alimento básico para los seres humanos, alimento para el ganado, como biocombustible y como material de partida en la industria.
«Los cultivos de maíz con raíces más profundas, capaces de absorber más agua y nitrógeno en condiciones limitantes, con un mayor almacenamiento de carbono en el suelo a largo plazo, sería un avance importante. Pero este método LEADER se puede utilizar con todas las plantas».
Más información: Meredith T. Hanlon et al, LEADER (Leaf Element Accumulation from DEep Roots): una plataforma de fenotipado no destructivo para estimar la profundidad de las raíces en el campo, Crop Science (2023). DOI: 10.1002/csc2.21149
